ニトリルブタジエンゴム (NBR) は、数十年にわたって風力タービンのシール材料として主流でしたが、ポリウレタン シールの配合、加工、設計の進歩により、業界における NBR の地位は急速に損なわれています。最も有用な特性には、耐摩耗性、流体適合性、耐オゾン性、機械的強度、およびこれらすべての特性を低温で維持する能力が含まれることがわかりました。
ポリウレタンは、メインベアリング/発電機、縦方向および横方向のベアリングをシールするのに理想的な材料となっています。ただし、既存の構造の材料を単に置き換えるだけでは十分ではないことがよくあります。シールはポリウレタンを考慮して設計する必要があります。
ポリウレタンの耐摩耗性を評価する 1 つの方法は、ASTM D5963 などの標準化されたドラム摩耗試験によるものです。この方法は通常、ゴムの評価に使用されますが、特に摩耗率を比較する場合にはポリウレタンにも適用されます。以下は、クリーブランドのシステム シールによってテストされたさまざまな素材の摩耗指数の値です。NBR と HNBR の ARI は約 1.5 ですが、ポリウレタンの ARI は 4 ～ 8 であることに注意してください。これは最大 6 倍の改善です。
ポリウレタンは、時間の経過とともに、さまざまな液体、特に油ベースの液体にさらされた後も、その ARI 値を維持します。これを判断する 1 つの方法は、ASTM D5963 の摩耗サンプルを液体中で 100°C (水ベースの液体の場合は 80°C) で 90 日間エージングし、30 日ごとにテストを繰り返すことです。以下は代表的な結果ですが、液体ごとに確認することをお勧めします。
図 3. 100℃の蒸留鉱油中で熟成させた後の、NBR および耐加水分解性ポリウレタンにおける ARI の保持率。
仕様には完成した流体との適合性が示されていますが、加速老化試験（または使用年数）によって、特定の流体にさらされた材料の長期的な性能と安定性が判断されるはずです。システム シールは、168 時間の液体暴露後の重要な材料特性の重大な変化を一貫して検出するため、標準の 168 時間のテストではなく、90 日間にわたって液体の適合性をテストします。
カスタマイズされたポリウレタンは、風力エネルギー産業で最も一般的な潤滑剤の NBR と比較して、耐流体性が向上しています。以下は、これらの一般的な潤滑剤の互換性表です。
NBR は、オゾン分子が不飽和 NBR の化学結合を切断するオゾン分解の影響を受けやすいことが知られています。オゾンクラッキングは、ニトリルブタジエンゴム (NBR) がわずかな変形を受けた場合によく発生します。解決策の 1 つは、NBR にワックスを注入して、NBR を保護する耐オゾンバリアを作成することです。残念ながら、ワックスは NBR の化学結合を変更しません。NBR がワックスを除去するような環境条件にさらされると、再び劣化しやすくなります。風力エネルギーのシールに使用される一部の特殊ポリウレタンは、もともと耐オゾン性があります。
ポリウレタンの弾性率、強度、伸びは、ほとんどの NBR の 2 ～ 3 倍です。その結果、ポリウレタン シールは、より大きな機械的変形に耐え、より高い機械的負荷に耐えることができます。
一般的な NBR の弾性率は 10 ～ 15 MPa、引張強度は 20 MPa です。ほとんどのポリウレタンの弾性率は 45 ～ 60 MPa、引張強度は 50 ～ 60 MPa です。これは、材料が NBR よりも硬度が低いことを意味し、形状保持力と圧力荷重に対する耐性が優れていることを意味します。
風力タービンでは、通常、高温は問題になりません。ただし、場所や高度によっては、最低気温が -40°C になることも珍しくありません。標準的な NBR の最低動作温度は -20°C であり、動的機械分析により、多くの風力エネルギー ポリウレタンは -40°C までの温度の影響を受けないことが示されています。
ポリウレタンは、その優れた機械的特性、優れた耐オゾン性、より低い摩耗率、より低い動作温度により、風力発電用シールには自然な選択肢です。以下に、ポリウレタンが適している 2 つの用途を示します。左側の画像は、ポリウレタン ベアリング シールのシミュレーションされた変形と接触特性を示しています。右の画像は、システム シールのスワール シールを示しています。これは、ベアリングの回転に伴って潤滑剤をリザーバに継続的に送り返すメイン ベアリング シールです。
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投稿日時: 2023 年 12 月 24 日